Назначение муфт и их классификация
Муфтами в технике называют устройства, которые служат для соединения концов валов, трубопроводов и пр. Рассмотрим только муфты для соединения валов. Потребность в соединении валов связана с тем, что большинство машин компонуют из ряда отдельных частей с входными и выходными валами, которые соединяют с помощью муфт. Соединение валов - основное назначение муфт, но не единственное.
Муфты используют также для включения и выключения исполнительного механизма при работающем двигателе; для предохранения машины от перегрузки (предохранительные муфты); для компенсации вредного влияния несоосности валов (компенсирующие муфты); для уменьшения динамических нагрузок (упругие муфты).
В машиностроении применяют большое количество муфт, различающихся по принципу действия и управления, назначению и конструкции.
В курсе «Детали машин» рассматриваются только механические муфты.
Все муфты по назначению и принципу действия делят на следующие группы:
1) муфты постоянного действия, недопускающие рассоединения валов при работе машины;
2) муфты сцепляемые управляемые, позволяющие соединять и разъединять валы при работе машины или при её остановке;
3) муфты автоматические или самоуправляемые, соединяющие или разъединяющие валы автоматически при изменении режима работы машины (при изменении вращающего момента, частоты вращения и т.д.).
Муфты постоянного действия в свою очередь делятся на:
а) глухие, предназначенные для жёсткого соединения соосных валов;
б) компенсирующие, предназначенные для соединения валов с небольшими взаимными смещениями и перекосами валов;
в) упругие, предназначенные в основном для уменьшения динамических нагрузок, передаваемых валами.
Широко применяемые муфты стандартизованы. Основной паспортной характеристикой муфты является значение вращающего момента, на передачу которого она рассчитана.
Муфту подбирают по величине расчётного крутящего момента
где К – динамический коэффициент.
45) Зубчатые муфты относятся к жёстким компенсирующим муфтам. Их достоинствами являются: высокая нагрузочная способность и при сравнительно небольших габаритах; способность компенсации любых смещений осей валов и технологичность изготовления.
К недостаткам нужно отнести: сравнительно низкую стойкость из-за быстрого износа и разрушения зубьев, отсутствие упруго-демпфирующих свойств.
Зубчатая муфта состоит из двух обойм с внутренними зубьями, находящимися в зацеплении соответственно с двумя зубчатыми втулками имеющими наружные зубья. Зубья – эвольвентного профиля. В зацеплении имеет место повышенный боковой зазор. Компенсация смещения валов достигается перекосом втулок относительно обойм за счёт боковых зазоров и сферической поверхности наружных зубьев.
Радиальную силу, с которой муфта действует на вал, принимаем
Fм = 0,25 Ft,
где Ft – окружная сила на делительном диаметре зубьев.
Цепные муфты обладают хорошими компенсирующими свойствами. В качестве соединительного элемента полумуфт-звёздочек применяют стандартные цепи (однорядные или двухрядные); при монтаже и демонтаже этих муфт не требуется осевого смещения узлов.
Достоинствами цепной муфты являются: простота конструкции и обслуживания; надёжность в работе; технологичность изготовления; малые габариты и вес.
Недостатком является наличие угловых зазоров и мёртвого хода, вследствие чего они не могут применяться в реверсивных передачах, а также при наличии больших динамических нагрузок.
В проектируемых муфтах применяют однорядные втулочно-роликовые цепи. Для удержания смазки муфту закрывают разъёмным кожухом с встроенными уплотнениями и фиксирующим винтом или штифтом, обеспечивающим совместное вращение с муфтой и предотвращение смещения кожуха.
Радиальную силу, с которой муфта действует на вал, принимаем
Fм = 0,25 Ft,
где Ft – окружная сила на делительном диаметре звёздочки.
где: z – число зубьев звёздочки;
р – шаг цепи, в мм.
Муфты упругие
Муфта упругая позволяет:
1) компенсировать несоосность валов;
2) устранить резонансные колебания;
3) уменьшить динамические нагрузки;
4) снизить кратковременные перегрузки.
В машиностроении применяется большое количество упругих муфт разнообразных по конструкции. Все упругие муфты делят на две группы: муфты с неметаллическим упругим элементом и муфты с металлическим упругим элементом.
Основным материалом неметаллических элементов является резина. Металлические упругие элементы это различные пружины, пружинные стержни и прочее.
Самое широкое распространение из упругих муфт получила муфта упругая втулочно-пальцевая (МУВП), благодаря лёгкости изготовления и замены резиновых элементов, особенно в приводах от электродвигателей с малыми и средними крутящими моментами.
Она состоит из двух полумуфт, насаженных на концы валов, стальных пальцев, закреплённых в одной из полумуфт и упругих резиновых втулок. Из-за сравнительно небольшой толщины втулок муфты обладают малой податливостью и применяют в основном для компенсации несоосности валов в небольших пределах (Dа»1…5 мм, Dr »0,3…0,6 мм, Da до 1 °).
Муфту подбирают по ГОСТ по величине крутящего момента, а затем проверяют пальцы на изгиб, а втулки на смятие
,
где: Трасч – расчётный крутящий момент;
Do – диаметр окружности, проходящей через центры пальцев;
d – диаметр пальца;
l – длина втулки;
z – число пальцев.
Муфта упругая со звёздочкой
Компенсирующие способности муфты невелики. При соединении несоосных валов муфта оказывает на них значительное силовое воздействие, хотя и меньшее, чем втулочно-пальцевая муфта. Муфты со звёздочкой обладают большой радиальной, угловой и осевой жёсткостью и требуют точного монтажа узлов.
Муфта с резиновой звёздочкой состоит из одинаковых полумуфт, имеющих на фланцах торцовые кулачки и упругого элемента, выполненного в виде звёздочки. Выступы звёздочки располагаются между кулачками полумуфт и работают на сжатие через один при действии крутящего момента.
Основные параметры, габаритные и присоединительные размеры муфт, допускаемые смещения осей валов определяют по каталогам. Полумуфты изготавливают из стали 35 ГОСТ 1050-88; материал звёздочек – резина с пределом прочности при разрыве на менее 10 Н/мм2.
Радиальная сила, вызванная радиальным смещением, определяется по соотношению
Fм = CDr D r
где D r – радиальное смещение, мм (табл. К23 [2])
CDr – радиальная жёсткость муфты, Н/мм (по каталогу) зависит от диаметра посадочного места муфты.
Муфты с торообразной оболочкой применяют для соединения тихоходного вала редуктора с приводным валом. Эти муфты просты по конструкции и обладают высокой податливостью, что позволяет применять их в конструкциях, где трудно обеспечить соосность валов, при переменных ударных нагрузках, а также при значительных кратковременных перегрузках.
Упругим элементом муфты является резиновая или резино-кордная оболочка. Резино-кордный элемент сложнее в изготовлении, чем резиновый, однако срок его службы в несколько раз больше резинового. Материал упругой оболочки – резина с пределом прочности при разрыве не менее 10 Н/мм2.
Эти муфты отличаются высокими компенсационными свойствами, способными уменьшать динамические нагрузки благодаря малой крутильной жёсткости и высокой демпфирующей способности.
К недостаткам муфт относят их большие размеры по диаметру и появление значительных осевых нагрузок на опоры валов, вызываемых центробежными силами, действующими на упругий элемент.
При предельно допустимых для муфты смещениях радиальная сила и изгибающий момент от неё невелики, поэтому при расчёте валов и их опор этими нагрузками можно пренебречь Fм = 0 Н.
СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
Детали, составляющие машину, связаны между собой тем или иным способом. Эти связи можно разделить на подвижные (подшипники, зацепления) и неподвижные (сварные, болтовые, прессовые). Наличие подвижных
связей в машине обусловлено её кинематической схемой. Неподвижные связи обусловлены целесообразностью расчленения машины на узлы и детали для того, чтобы упростить производство и облегчить сборку.
Неподвижные связи в технике называют соединениями.
По признаку разъёмности все соединения делят на раъёмные и неразъёмные.
Разъёмные соединения позволяют разъединять детали без их повреждения. К ним относятся резьбовые, штифтовые, клеммовые, шпоночные, шлицевые и профильные соединения.
Неразъёмные соединения не позволяют разъединить детали без их повреждения. Применение неразъёмных соединений обусловлено в основном технологическими и экономическими требованиями. К этой группе относятся заклёпочные, сварные и соединения с натягом.
Соединения являются важными элементами конструкций. Многие аварии и неполадки в работе машин обусловлены неудовлетворительным качеством соединений.
Основным критерием работоспособности и расчёта соединений является прочность.
Необходимо стремиться к тому, чтобы соединение было равнопрочным с соединяемыми элементами. Желательно, чтоб соединение не искажало форму изделия, не вносило дополнительных элементов в его конструкцию.
52. Шпоночные соединения служат для закрепления деталей на валах и осях и передачи крутящего момента. Такими деталями являются зубчатые колёса, шкивы, звёздочки. Соединение нагружается в основном крутящим моментом Т.
Все основные виды шпонок делятся на клиновые и призматические. Клиновые шпонки сейчас применяют редко и только в единичном производстве.
В массовом и серийном производстве применяют призматические шпонки.
Соединение призматическими шпонками ненапряжённое. Оно требует изготовления вала и отверстия с большой точностью. Во многих случаях посадка ступицы на вал производится с натягом.
Рассматривая равновесие вала или ступицы при этих допущениях, получаем условия прочности в виде:
,
.
У стандартных шпонок размеры b и h подобраны так, что нагрузку соединения ограничивают напряжения смятия, а не напряжения среза. Поэтому при расчётах стандартные шпонки проверяют только на смятие.